信息學院微納電子學系150uf 35v在高端芯片規模取得重要希望

被譽為集成電路規模“國際奧林匹克盛會”的國際固態電路集會會議（International Solid-State Circuits Conference, ISSCC）受新冠病毒疫情影響于2021年2月13日至22日以線上集會會議形式進行，本次集會會議是該系列集會會議的第68屆。信息科學技能學院微納電子學系在“超低功耗智能物聯網芯片(AIoT)”“高機能雷達頻率源”等高端芯片規模取得重要希望，相關成就在ISSCC上報道。

異步事件驅動型AIoT叫醒芯片

面向智能物聯網（AIoT）對低功耗叫醒芯片的急切需求，北京大學黃如院士-葉樂副傳講課題組與浙江省北大信息技能高檔研究院、浙江大學、上海芯翼信息科技有限公司相助，提出了國際創始的異步事件驅動型AIoT芯片架構，辦理了在隨機稀疏應用場景下長時平均功耗高的問題，顯著低落了AIoT節點設備的功耗；課題組同時提出了異步脈沖的信號特征提取要領，僅以幾十nW的極低功耗價錢便實現了信號特征提??；不只如此，基于“時域幀生成器”和“卷積神經網絡”智能揣度引擎的技能，團結重練習機制，在具備低功耗的同時，使物聯網應用場景因噪聲而導致揣度精度低的問題得以辦理。

圖1. (a)異步事件驅動型AIoT芯片架構,(b)卷積神經網絡電路架構,(c)芯片顯微照片,(d)語音要害詞叫醒測試波形

基于上述創新技能，課題組研制了一顆國際上功耗最低的通用型AIoT叫醒芯片，長時待命（on-call waiting for events）功耗僅148nW，可供5mm紐扣電池（2mAh）利用5年，芯片演示應用功效顯示，語音要害詞識別率達94%、異常心電圖識別率達99%，為國際迄今為止首次且獨一的“異步事件驅動型AIoT芯片”。該事情為將來實現基于全異步脈沖神經網絡（A-SNN）的AIoT芯片奠基了基本。

該事情以“A 148nW General-Purpose Event-Driven Intelligent Wake-Up Chip for AIoT Devices Using Asynchronous Spike-Based Feature Extractor and Convolutional Neural Network（基于異步脈沖特征提取和卷積神經網絡的148nW通用事件驅動AIoT智能叫醒芯片）”為題，在2021年2月17日于國際固態電路峰會ISSCC線上頒發，為前瞻技能規模Session 12（Innovationsin Low-power and Secure IoT）的第一篇文章，被遴選為Highlight亮點論文， 高壓，也是ISSCC前瞻技能規模（TD，TechnologyDirection）海內首次且獨一的Highlight亮點論文，也是本年前瞻技能規模海內獨一頒發論文。

相關研究事情獲得了國度優秀青年科學基金、國度重點研發打算等項目標扶助，以及浙江省北大信息技能高檔研究院、浙江大學、上海芯翼信息科技有限公司等平臺的支持。

動態電荷域CMOS濕度/電容傳感芯片

面向高能效、高精度的物聯網傳感器應用需求，北京大學黃如-葉樂課題組與浙江大學、浙江省北大信息技能高檔研究院相助，提出了國際領先的動態電荷域電容傳感技能，具有國際領先的傳感精度，在實現高精度的同時顯著低落了物聯網傳感節點的功耗；課題組同時提出了基于動態范疇自適應滑動技能（Adaptive Range-Shift, ARS）的縮放型（Zoom）電容數字轉換器（Capacitance-to-Digital Converter，CDC），辦理了Zoom架構中冗余過大造成的精度損失和抗片外寄生/滋擾本領差的問題；還提出了基于功耗自感知技能（Power-Aware）的懸浮反相器型放大器陣列，辦理了兼容差異傳感終端所帶來的能效損失問題，顯著耽誤了多應用兼容傳感芯片的電池利用壽命。

圖2. (a)動態電荷域電容傳感芯片架構圖, (b)電路道理圖及事情時序圖, (c)芯片顯微照片,(d)晶圓差異位置處的芯片、濕度及其誤差測試曲線

基于上述創新技能，課題組研制了一顆國際上功耗最低的CMOS濕度傳感芯片，平均功耗僅1.5μW，可供8mm紐扣電池（42mAh）利用4年，濕度檢測判別率高達0.0094%RH，電容檢測精度高達17.9aF，綜合機能指標FoM高達0.135pJ?%RH2，與當前世界最好程度對比，功耗低落了2倍，綜合機能指標FoM晉升了6倍。

該事情以“A 1.5μW 0.135pJ?%RH2 CMOS Humidity Sensor Using Adaptive Range-Shift Zoom CDC and Power-Aware Floating Inverter Amplifier Array（基于自適應范疇滑動的縮放型電容數字轉換器和功耗自感知懸浮反相器型放大器陣列的1.5μW和0.135pJ?%RH2的CMOS全集成濕度傳感器芯片）”為題，在2021年2月16日于國際固態電路峰會ISSCC線上頒發，為前瞻技能規模Session 5（AnalogInterface）的第一篇文章，被遴選為Highlight亮點論文，并參加了Demo Session的演示系統展示。該論文為ISSCC模仿電路規模（ANA,Analog）海內首次且獨一的Highlight亮點論文， ST電容，也是本年模仿電路規模海內獨一頒發論文。

相關研究事情獲得了國度優秀青年科學基金、國度重點研發打算等項目標扶助，以及浙江大學、浙江省北大信息技能高檔研究院等平臺的支持。

高機能雷達頻率源芯片